劉 丹,李以名
(嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院,浙江 嘉興 314001)
化工原理是化工類(lèi)及其相近專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課,旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)理論,分析解決工業(yè)生產(chǎn)中單元操作的問(wèn)題,包括單元操作的基本理論,典型設(shè)備的設(shè)計(jì)方法及過(guò)程的操作和調(diào)節(jié)等[1-2]。化工原理既具有很強(qiáng)的理論性、系統(tǒng)性,又有很強(qiáng)的工程性、實(shí)踐性?;ぴ韺?shí)驗(yàn)是化工原理課程重要的組成部分,是深化理論知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),對(duì)培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的化工類(lèi)及其相近專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用型人才具有重要意義[3-6]。針對(duì)目前化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、工程性問(wèn)題難于理解、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低、教學(xué)效果差的問(wèn)題,利用微視頻主題鮮明、短小精煉、互動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)[7-8],本文設(shè)計(jì)了基于微視頻的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,使微視頻貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,促進(jìn)知識(shí)的消化吸收,培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。
課前預(yù)習(xí)是化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)。然而,目前在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,課前學(xué)生主要采取根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材撰寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告的形式進(jìn)行預(yù)習(xí),而化工原理實(shí)驗(yàn)具有裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)多等特點(diǎn),學(xué)生僅通過(guò)閱讀實(shí)驗(yàn)教材文字內(nèi)容很難完全理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。同時(shí),學(xué)生對(duì)課前預(yù)習(xí)重視程度不夠,而教師也沒(méi)有采取相應(yīng)的引導(dǎo)和督促措施,導(dǎo)致很多學(xué)生只是照抄實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容撰寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告,沒(méi)有進(jìn)行獨(dú)立思考和分析,沒(méi)有達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的目的。然而,在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中,教師僅能在有限的教學(xué)時(shí)間里針對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的重點(diǎn)、難點(diǎn)理論內(nèi)容進(jìn)行講解,并對(duì)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵操作步驟進(jìn)行示范,無(wú)法做到系統(tǒng)講述實(shí)驗(yàn)所有相關(guān)知識(shí)和操作細(xì)節(jié),因而,學(xué)生預(yù)習(xí)效果差極大地影響了實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效果。
傳統(tǒng)的黑板板書(shū)和口頭講述的教學(xué)方法費(fèi)時(shí)、枯燥,缺乏可視性與生動(dòng)性,學(xué)生被動(dòng)接受信息,學(xué)習(xí)興趣低,且因化工原理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備裝置流程復(fù)雜,這種“灌輸式”的教學(xué)方式不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握。同時(shí),教師在講解、示范實(shí)驗(yàn)操作時(shí),因?qū)嶒?yàn)場(chǎng)地有限,實(shí)驗(yàn)設(shè)備套數(shù)少,學(xué)生人數(shù)相對(duì)較多,很難保證所有學(xué)生都能準(zhǔn)確接收到教師所傳遞的信息,影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作。因此,學(xué)生僅能在課堂上完成基本的實(shí)驗(yàn)操作,沒(méi)有進(jìn)行深入思考,課堂教學(xué)效果不佳。
課后,學(xué)生主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的結(jié)果,通過(guò)相關(guān)的方程、計(jì)算公式,并結(jié)合作圖等方式,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)。目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中缺乏課后復(fù)習(xí)、鞏固環(huán)節(jié),不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解、吸收。同時(shí),化工原理實(shí)驗(yàn)具有顯著的工程性和應(yīng)用性,故化工原理實(shí)踐教學(xué)除了用來(lái)驗(yàn)證理論知識(shí),并進(jìn)行綜合運(yùn)用外,還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí),鍛煉學(xué)生的工程思維,目前尚缺少該方面的拓展學(xué)習(xí)。
針對(duì)目前化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題,為調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,基于微視頻,從課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)、課上教學(xué)環(huán)節(jié)和課后鞏固拓展環(huán)節(jié)三個(gè)方面對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行了設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)方案及學(xué)生能力培養(yǎng)情況如圖1所示。
圖1 基于微視頻的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程與學(xué)生能力培養(yǎng)
利用微視頻和思考題進(jìn)行深度預(yù)習(xí)。通過(guò)QQ群、超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)下發(fā)實(shí)驗(yàn)微視頻預(yù)習(xí)材料,主要包括理論知識(shí)講解微視頻、儀器裝置介紹微視頻和實(shí)驗(yàn)操作微視頻。理論知識(shí)講解微視頻為教師錄制的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的理論知識(shí)的復(fù)習(xí)視頻,主要目的為引導(dǎo)學(xué)生做好理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的銜接,使學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)的原理,同時(shí),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程將涉及大量的理論課程所學(xué)的公式、方程等,通過(guò)理論知識(shí)的回顧,提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)方程、計(jì)算公式的理解和靈活運(yùn)用能力。儀器裝置介紹微視頻主要為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所采用的儀器、設(shè)備的視頻資料,也包括相關(guān)的設(shè)備、儀表等的圖片資源,實(shí)驗(yàn)操作微視頻則為教師將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)操作有選地錄制的微視頻。儀器裝置介紹及實(shí)驗(yàn)操作微視頻主要目的為將實(shí)驗(yàn)中所涉及的復(fù)雜的儀器設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)流程以視頻動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn),使學(xué)生能夠?qū)磳㈤_(kāi)展的實(shí)驗(yàn)中所采用的儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)過(guò)程有直觀的認(rèn)識(shí),有利于學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。預(yù)習(xí)微視頻資料附有配套的預(yù)習(xí)思考題,可考察學(xué)生對(duì)每一部分微視頻材料的理解與掌握情況,提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力。通過(guò)預(yù)習(xí)微視頻和思考題的設(shè)置使學(xué)生達(dá)到深度預(yù)習(xí)的目的,為改善課堂教學(xué)效果奠定基礎(chǔ)。同時(shí),教師可利用超星學(xué)習(xí)通或雨課堂等平臺(tái)跟蹤學(xué)生預(yù)習(xí)情況,根據(jù)預(yù)習(xí)思考題的完成情況,以及與學(xué)生的互動(dòng),全面掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)效果,為教師課上教學(xué)提供依據(jù)。
利用微視頻和課件進(jìn)行答疑式講解。微視頻和課件內(nèi)容主要為教師針對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)中出現(xiàn)的共性問(wèn)題和相關(guān)理論難點(diǎn),以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行制作。利用微視頻和課件,輔以主要設(shè)備部件拆解視頻,以及網(wǎng)絡(luò)搜索的相關(guān)動(dòng)畫(huà)素材,通過(guò)直觀、形象的教學(xué)方式將實(shí)驗(yàn)中難于理解的設(shè)備工作原理和實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)傳授給學(xué)生,進(jìn)一步幫助學(xué)生梳理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,解決疑難問(wèn)題,使學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程,并強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性?;趯W(xué)生課前充分預(yù)習(xí),及微視頻、動(dòng)畫(huà)素材和多媒體相結(jié)合的課上教學(xué)方式,可大大縮短課上教師講授環(huán)節(jié),提高課堂教學(xué)效率,同時(shí)能夠?yàn)閷W(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作預(yù)留更多的時(shí)間,有助于鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,充分理解和吸收實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,提高課堂教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生課上操作過(guò)程中可利用線(xiàn)上平臺(tái)隨時(shí)反復(fù)觀看實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論微視頻及操作視頻,對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析,并及時(shí)糾正,有利于提高學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
利用理論難點(diǎn)微視頻和實(shí)驗(yàn)操作微視頻進(jìn)行課后復(fù)習(xí)鞏固,利用企業(yè)實(shí)際操作視頻進(jìn)行課后拓展。課后學(xué)生需根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)公式計(jì)算、作圖等方式得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和回答課后思考題過(guò)程中,需對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有深入的理解。學(xué)生可通過(guò)觀看線(xiàn)上平臺(tái)的理論難點(diǎn)微視頻和實(shí)驗(yàn)操作微視頻,基于實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)歷,進(jìn)一步鞏固、消化、吸收實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí),并更好地與理論知識(shí)融合。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜集工業(yè)設(shè)備制造、企業(yè)實(shí)際操作等視頻及動(dòng)畫(huà)素材,使學(xué)生對(duì)工業(yè)實(shí)際采用的設(shè)備裝置及實(shí)際工業(yè)操作過(guò)程有初步的了解和直觀認(rèn)知,激發(fā)學(xué)生課程學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新思維。
我校開(kāi)設(shè)化工原理實(shí)驗(yàn)課程的專(zhuān)業(yè)包括化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、生物工程、環(huán)境工程、制藥工程等?;ぴ韺?shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)了包括雷諾演示及機(jī)械能轉(zhuǎn)換、流體阻力的測(cè)定、離心泵特性曲線(xiàn)的測(cè)定、傳熱實(shí)驗(yàn)、板框壓濾機(jī)過(guò)濾常數(shù)測(cè)定、吸收實(shí)驗(yàn)、精餾塔的操作及效率測(cè)定和干燥實(shí)驗(yàn)的8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。以下以其中的傳熱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)為例[9],闡述基于微視頻的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程。
教學(xué)目的:明確傳熱實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)、要求等,了解傳熱實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和數(shù)據(jù)處理方法。
學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo):調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考能力。
教學(xué)實(shí)施過(guò)程:教師借助超星學(xué)習(xí)通下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)、預(yù)習(xí)微視頻材料及配套思考題。
(1)實(shí)驗(yàn)任務(wù):傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。
(2)傳熱理論知識(shí)講解微視頻及課件。
思考題:冷熱流體通過(guò)間壁進(jìn)行換熱的原理是什么?對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式中各無(wú)量綱數(shù)的表達(dá)式及其物理意義是什么?總傳熱速率方程的表達(dá)式是什么?等。
(3)套管式換熱器儀器裝置微視頻及圖片。
思考題:間壁式換熱器主要有哪幾種形式?各有什么特點(diǎn)?套管式換熱器的工作原理是什么?等。
(4)部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解與實(shí)驗(yàn)操作微視頻。
思考題:傳熱實(shí)驗(yàn)的操作步驟是什么?有哪些注意事項(xiàng)?如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算傳熱膜系數(shù)?等。
教學(xué)目的:掌握傳熱膜系數(shù)測(cè)定的方法,完成傳熱實(shí)驗(yàn)操作。
學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo):鍛煉學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力,提高學(xué)生分析解決傳熱實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)際問(wèn)題的能力。
教學(xué)實(shí)施過(guò)程:通過(guò)提問(wèn)、小組討論等方式,了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解程度,進(jìn)行答疑式講解。利用課件講解傳熱實(shí)驗(yàn)涉及的理論內(nèi)容的難點(diǎn)。利用網(wǎng)絡(luò)搜集的套管式換熱器的工作原理的動(dòng)畫(huà)素材,與學(xué)生探討管內(nèi)空氣和環(huán)隙中水蒸氣的換熱原理和過(guò)程。利用實(shí)驗(yàn)操作微視頻講解傳熱實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng),針對(duì)操作難點(diǎn)進(jìn)行示范。學(xué)生進(jìn)行傳熱實(shí)驗(yàn)操作,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。教師進(jìn)行全程監(jiān)督、答疑指導(dǎo)。
教學(xué)目的:鞏固、吸收傳熱實(shí)驗(yàn)知識(shí),完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě);了解工業(yè)傳熱設(shè)備的制造過(guò)程,了解化工企業(yè)傳熱設(shè)備的實(shí)際操作過(guò)程,拓展傳熱相關(guān)知識(shí)。
學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo):鍛煉學(xué)生傳熱知識(shí)綜合運(yùn)用能力,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新思維。
教學(xué)實(shí)施過(guò)程:學(xué)生利用傳熱理論難點(diǎn)微視頻和傳熱實(shí)驗(yàn)操作微視頻對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、鞏固。根據(jù)傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄結(jié)果,利用熱量平衡方程、總傳熱速率方程、總傳熱系數(shù)計(jì)算公式等,通過(guò)公式計(jì)算、作圖的方法,得出傳熱膜系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)思考題的分析解答,進(jìn)一步理解、吸收傳熱實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí),對(duì)傳熱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)。教師通過(guò)線(xiàn)上平臺(tái),與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng),通過(guò)學(xué)生反饋,答疑解惑。教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜集工業(yè)傳熱設(shè)備(如套管式換熱器、列管式換熱器、夾套式換熱器、板翅式換熱器等)的制造、化工企業(yè)傳熱設(shè)備的實(shí)際操作等視頻素材,學(xué)生通過(guò)觀看視頻,進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。
在基于微視頻的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中,通過(guò)微視頻的引入和教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì),從課前、課上和課后三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中逐步引導(dǎo)學(xué)生積極參與,主動(dòng)學(xué)習(xí)。微視頻的引入對(duì)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化、實(shí)踐能力和工程觀念的培養(yǎng)均起到了很好的效果。利用課前微視頻預(yù)習(xí)資料及思考題,引導(dǎo)學(xué)生課前做好理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的銜接、熟悉儀器設(shè)備、了解實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程與方法,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)判,培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考和分析問(wèn)題的能力,有效地提高了學(xué)生課前實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果。基于微視頻、動(dòng)畫(huà)素材形象直觀、互動(dòng)性好、主題性強(qiáng)的特點(diǎn),提高了教師課上授課效率,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,促進(jìn)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)備工作原理及實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)的理解和掌握。微視頻易于反復(fù)播放的特點(diǎn),為學(xué)生課上高效、高質(zhì)量地完成實(shí)驗(yàn)操作起到了很好的輔助作用,并有助于學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題,對(duì)學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。基于微視頻的課后鞏固、拓展環(huán)節(jié)促進(jìn)了學(xué)生對(duì)理論及實(shí)驗(yàn)知識(shí)的進(jìn)一步理解、消化、吸收,并有助于學(xué)生從理論、實(shí)驗(yàn)到工程思維的過(guò)渡,增強(qiáng)了學(xué)生的工程意識(shí)。
化工原理實(shí)驗(yàn)課程具有典型的工程性和實(shí)踐性特點(diǎn),該課程在化工類(lèi)及相近專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用?;谖⒁曨l的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,能夠克服傳統(tǒng)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,因涉及大量抽象的理論、過(guò)程機(jī)理以及復(fù)雜的設(shè)備裝置導(dǎo)致學(xué)習(xí)難度大、學(xué)生興趣不足、教學(xué)效果差的問(wèn)題。利用微視頻形象生動(dòng)、短小靈活、互動(dòng)性好的特點(diǎn),對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行合理設(shè)計(jì),能夠有效提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和吸收,提高知識(shí)的綜合運(yùn)用能力,提高實(shí)踐動(dòng)手能力,有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新思維,對(duì)培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的化工類(lèi)應(yīng)用型人才具有重要意義。基于微視頻的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為其他工程性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)提供了思路與借鑒,對(duì)改善該類(lèi)實(shí)踐課程的教學(xué)效果,培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力具有重要意義。